田文文

宝鸡技师学院毕业设计课题名称用8051单片机设计一交通信号灯模拟控制系统系别：机电工程系专业：机电一体化班级：12机电一体化3年姓名：田文文辅导老师：曹老师目录摘要..................................................................3绪论..................................................................4第1章单片机的基础知识................................................51.1单片机概述.........................................................51.2单片机的组成结构...................................................51.3单片机选型.........................................................61.4单片机的应用.......................................................6第2章交通灯设计相关说明.............................................82.1工作原理...........................................................82.2设计要求...........................................................82.3总体方案...........................................................8第3章交通信号灯硬件电路的设计.......................................103.1复位和时钟电路....................................................103.2设计基本框架图....................................................113.3硬件电路模块......................................................113.4交通灯硬件控制线路图..............................................12第4章交通灯控制的程序设计说明.......................................134.1系统工作原理......................................................134.2控制器的软件设计说明..............................................134.3程序设计流程图...................................................144.4交通信号灯模拟控制系统主程序......................................15用8051单片机设计一交通信号灯模拟控制系统的设计摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片，8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过PA口输出，显示时间直接通过8255的PC口输出至双位数码管）；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词：单片机交通灯芯片绪论当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和有效的手段。但这一技术在19世纪就已经出现了。1858年，在英国伦敦主要街口安装了以燃煤气为光源的红，绿两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳以特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转方型玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红黄绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是指压力探测器安装在地下，车辆一接近红灯便变成绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯司机遇红灯时按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量，提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直接通行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向，左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行通道的行人优先通行。红灯是禁止信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路。根据8051单片机的特点及交通灯在实际控制中的特点，本文提出一种用单片机自动控制交通灯及时间显示的方法。同时给出了软硬件设计方法，设计过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤，对在单片机应用中可能遇到的重要技术问题都有涉足。本文对十字路口状态预设为两种，一种是正常状态，另一种是故障或紧急状态，并分别用黄、红、绿灯的不同组合来表示。本文介绍了控制基本原理以及控制的表现，同时也介绍了城市交通信息系统的设计目标，开发途径及其系统结构与功能和数据地理编码、建库，同时，论述了系统中交通现状、交通管理、交通规则及背景信息查询模块的建造及应用。第1章单片机的基础知识1.1单片机概述单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。单片机体积微小，成本极低，可广泛地嵌入到各种小型产品中，已成为现代电子系统中最重要的智能化工具。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压低功耗。1.2单片机的组成结构单片机是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上，下图为单片机的典型结构框图及组成图。图1结构框图图2组成图1.中央处理器：中央处理器包含控制器和运算器，控制器负责从程序存储器中取出指令，并逐条地分析指令和执行指令，而运算器是完成指令要求的计算工作。2.系统总线：系统总线将CPU、存储器及I/O接口等相对独立的部件连接起来，作为多个功能部件共享的公共信息传输渠道，是一组信号传输线的集合。3.存储器：单片机的存储器按用途分为程序存储器和数据存储器，程序存储器用来存放单片机的应用程序及运行中的常数数据，简称ROM,所存储的信息正常情况下只能读取而不能改写；数据存储器用于暂存运行期间的数据、现场采集的原始数据、中间结果、运算结果、缓冲和标志位等临时数据，因为需要经常进行读写操作，所以单片机通常采用随机存取存储器作为外部数据存储器，简称RAM,正常使用时不仅能取存放在储存单元中的数据，还能随时写入新的数据，断电后信息会全部消失。4.I/O口：I/O口是将CPU与外界交换信息的数据通道，根据信号传输的形式可分为并行I/O口和串行I/O口两类。并行I/O口一次可同时传输8个二进制位而串行I/O口一次只传递一位二进制位。5.定时/计数器：定时/计数器在实际中应用非常广泛，单片机往往需要精确地定时或对外部事件进行计数，因而在其内部设置了定时/计数器。1.3单片机选型选用设备8051单片机一片选用设备：8051弹片机一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS07两片，MAX692‘看门狗’一片，共阴极的七段数码管两个双向晶闸管若干，7805三端稳压电源一个，红、黄、绿交通灯各两个，开关键盘、连线若干。1.4单片机的应用由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手，有人形容“有电器的地方就有单片机”，的确它的应用遍及各个领域，主要表现在下几个方面：1、单片机在智能仪表中的应用。单片机广泛的应用与各种仪表仪器，使仪器仪表智能化，并可以提高检测的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性价比；2、单片机在机电一体化中的应用。机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如数计控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度；3、单片机在实时控制中的应用。得到普及广泛的用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统之中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制能力，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量；4、单片机在人类生活中的应用。自单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们的喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩，综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面；5、单片机在汽车与航空航天中的应用。在汽车工业中，可用于点火控制、变速器控制排气控制及自动驾驶系统等；在航空航天中，可用于集中显示系统、动力监测控制系统、通信系统以及运行监视器等。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。第2章交通灯设计相关说明在本次设计中采用单片机技术，应用目前广泛应用的汇编语言描述，实现交通灯系统控制器的设计，完成系统的控制作用。本系统选用AT89C51单片机,配合一些外围电路完成交通控制系统。由于该单片机具有简单实用、高可靠性、良好的性能价格比以及体积小等优点，已经在各个技术领域得到了迅猛发展。实现同样的功能，这个方案既简单又经济！该灯控制逻辑可实现3种颜色灯的交替点亮、时间的倒计时,指挥车辆和行人安全通行，实时地控制当前交通灯时间,使LED显示器进行倒计时工作并与状态灯保持同步,可在保证交通安全的前提下最大限度地提高交通效率,而且允许处理紧急情况的发生.由于本设计还有计时调整功能，最大限度提高了本设计的交通灯应用的范围。经PROTEUS仿真模拟的试验,该系统得到了预期的实时控制效果.本论文针对道路交通拥挤、交叉路口经常出现拥堵的情况,利用单片机控